早稻田大學開發了水系電池的負極材料—有助於延長壽命與提高效率

水系電池是一種使用氫離子（質子）與水的水基質子的二次電池。由於質子和水在地球上十分豐富，因此相比於鋰資源，未來的資源獲取風險較低，水系電池被認為是安全且成本低廉的儲能裝置，並被期望能夠實現商業化應用。然而，現有的水系電池電極材料在充放電過程中會發生顯著的體積變化，導致電極材料的劣化，是當前的一大難題。

早稻田大學於2024年10月宣布，該校研究團隊研發延長水系電池壽命並提升供電效率的負極材料。此次研究聚焦於電極材料的晶體結構中的空洞和連接部位，發現具有大尺寸一維隧道結構和靈活可動頂點共享結構等特徵的過渡金屬氧化物（Mo₃Nb₂O₁₄），在充放電過程中的體積變化、劣化程度皆較小，原因是該過渡金屬氧化物的大尺寸一維隧道結構能夠吸收骨架的體積變化，從而抑制晶格層級的體積變化。研究團隊製作了以Mo₃Nb₂O₁₄為負極的水系電池並進行充放電實驗，驗證其更長時間、穩定的充放電運作表現。

除了水系電池，該材料設計方法還有望應用於鋰離子電池、全固體電池等領域，並有助於提高二次電池的長壽命。此外，水系電池中使用的水溶液相比於鎳氫電池的水溶液具有更快的離子導電性，這為開發高效充放電的儲能設備帶來了更多的可能性。不過，本研究使用的Mo₃Nb₂O₁₄材料含有稀有金屬鉬，未來將探索以鐵、銅、鋁等通用金屬為基礎的氧化物材料，並努力朝更具成本效益、更高耐用性的電極材料實用化邁進。

 

資料來源：新聞（2024-10-30）
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